Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современные технологии ВСП. Проектирование систем наблюдения и обеспечение качества данных скважинных сейсмических наблюдений .
1.1 Обзор современных технологий проведения скважинных сейсмических наблюдений и решаемых ими задач.
1.2 Проектирование систем наблюдения ВСП на основе интеграции данных лучевого и полноволнового моделирования .
Глава II Элементы графа динамической обработки данных ВСП .
2.1 Учет неидентичности сигнала в источнике.
2.2 Учет неидентичности каналов приемной ЗС скважинной расстановки,
2.3 Изучение поляризации волн, нахождение следящих компонент для Р и PS волн .
2.4 Компенсация затухания проходящей Р волны..
2.5 Деконволюция по форме падающего импульса.
2.6 Компенсация затухания амплитуд отраженных волн.
Глава III Миграция данных ВСП с сохранением амплитуд .
3.1 Основы миграционного алгоритма.
3.2 Построение кинематической модели и итеративный подбор параметров ,
3.3 Анализ результатов миграции по продольным и обменным волнам.
Глава IV Расчет разрезов импедансов по мигрированным разрезам ВСП продольных и обменных волн .
4.1 Основы использованных алгоритмов инверсии волновых полей.
4.2 Оценка надежности расчета импедансов по данным синтетики .
4.3 Получение разрезов импедансов реальным данным
Глава V Обработка данных азимутального НВСП с целью изучения вертикальной трещиноватости .
5.1 Обзор основных признаков проявления азимутальной анизотропии в полях упругих волн.
5.2 Методика определения направлений поляризации быстрой и медленной поперечных волн по проходящим обменным волнам.
5.3 Комплексирование данных обменных и поперечных волн для повышения надежности определения параметров трещиноватости.
5.4 Примеры использования данных ВСП для выделения трещиноватых интервалов по вертикали и латерали Примеры применения методики изучения вертикальной трещиноватости
Заключение
- Проектирование систем наблюдения ВСП на основе интеграции данных лучевого и полноволнового моделирования
- Изучение поляризации волн, нахождение следящих компонент для Р и PS волн
- Построение кинематической модели и итеративный подбор параметров
- Оценка надежности расчета импедансов по данным синтетики
Введение к работе
Проведение сейсмических наблюдений в скважинах имеет более чем полувековую историю. Первые работы по методике Сейсмического Каротажа имели целью получение интегральной информации о временах распространения продольных волн в изучаемом разрезе. При отсутствии прижима прибора к стенке скважины данные о временах получались по первым вступлениям прямой волны, зарегистрированной при возбуждении из ближнего к устью скважины пункта наблюдения (Гамбурцев Г.А., 1938) [35] Применение прижима позволило получить запись вектора смещения, предпринять попытку расшифровки структуры волнового поля и дополнить информацию о временах информацией о природе волн. Метод Сейсмокаротажа преобразовался, таким образом, в метод Вертикального Сейсмического Профилирования (Гальперин Е.И, 1963) [15-21]. В своей современной, поляризационной модификации, метод ВСП был создан советским ученым Евсеем Иосифовичем Гальпериным в середине 70-х годов прошлого века [15-32]. Применение 3-х компонентной регистрации в сочетании с управляемым прижимом позволило производить запись полного вектора смещения и открыло возможность наряду с кинематическими параметрами использовать динамические параметры волн всех типов, регистрируемых во внутренних точках среды.
В последнее десятилетие прогресс ВСП был связан не с развитием теоретических представлений, а с разработкой новых технических средств. Это, прежде всего, развитие элементной базы, позволившей реализовьшать оцифровку записи в скважинном модуле и осуществлять цифровую запись регистраторами, состоящими из электронной платы, монтируемой в обычный персональный компьютер. В дополнение к традиционному взрывному источнику для возбуждения сигналов используются невзрывные (вибрационные и импульсные) источники [29]. Высокую эффективность показал источник, основанный на применении пневмопушки, размещаемой в специальной скважине под зоной малых скоростей. В силу повторяемости формы сигнала, применение накапливания воздействий позволяет практически повсеместно использовать этот источник для проведения скважинных наблюдений [88].
Развитие программных средств позволило существенно сократить время на обработку данных. Сегодня экспресс обработка с целью контроля качества получаемого материала производится непосредственно в ходе отработки вертикального профиля. Имеющиеся программные пакеты позволяют проводить углубленную обработку, учитывающую как кинематические, так и поляризационные параметры волн [44,80,96,99].
С развитием многоволновых поверхностных сейсмических наблюдений скважинная сейсмика стала практически единственным методом фазовой привязки данных отраженных волн разных типов [13,74]. Разработанная на сегодня технология совместной обработки скважинных данных продольных и обменных волн позволяет помимо получения информации о скоростях продольных и поперечных волн, проводить увязку фаз отраженных РР и PS волн с учетом их динамических особенностей [33,74,108].
Создание программ миграции данных ВСП, основанных на трассировке луча, позволили повысить качество сейсмических изображений околоскважинного пространства и использовать их для структурных построений [55,56,79,127,215]. Вопросы динамики волновых полей интересовали исследователей с самого начала развития метода [10,15, 68,71,75,76]
Успешное пионерское решение А.А. Табаковым в 1974г. обратной динамической
задачи по данным ВСП [93,94] привело в связи с сохраняющейся до настоящего времени
актуальностью вопроса к целому потоку публикаций
[41,95,98,116,133,142,145,150,159,172,173,192-196].
В последнее время для геологической интерпретации сейсмических данных широко применяется анализ разрезов и кубов акустического и упругого импеданса [158]. Это обусловлено тем, что данные по импедансу свободны от влияния формы сейсмического импульса и в максимальной степени отображают внутреннюю и внешнюю структуру геологических тел. В этой связи становится привлекательным получение информации об импедансах по скважинным сейсмическим данным. В силу большей разрешенности скважинных данных имеется перспектива получения информации с большей детальностью. Применение 3-х компонентной регистрации и поляризационной обработки позволяет получать оценки сдвигового импеданса по данным поперечных или обменных волн.
Все эти факторы привели к тому, что перед работами НВСП начали ставиться не только кинематические задачи построения изображений околоскважинного пространства, но и динамические задачи, состоящие в построении решений, представляющих результаты оценки акустического, упругого и сдвигового упругого импедаисов в околоскважинном пространстве.
В самом общем виде ставящиеся на сегодня перед скважинными исследованиями задачи можно разделить на два класса — вспомогательные и самостоятельные задачи. К первому классу можно отнести задачи получения информации, используемой другими, прежде всего сейсмическими методами. Ко второму классу можно отнести задачи,
решаемые при интерпретации самих скважинных сейсмических данных, с привлечением
информации по другим геофизическим методам.
Перечислим эти задачи в соответствии с такой классификацией.
Вспомогательные задачи.
Определение природы волн, формирующих волновое поле во внутренних точках среды и на поверхности.
Определение времен и скоростей распространения продольных и поперечных волн. Стратиграфическая привязка отражений, регистрируемых поверхностной сейсмикой. Калибровка данных акустического каротажа. Расчет синтетических сейсмограмм.
Определение коэффициентов анизотропии скоростей в рамках заданного типа симметрии среды.
Изучение изменения частотного состава сейсмического сигнала при распространении через изучаемый разрез.
Изучение зависимости амплитуды отраженной волны от угла падения - калибровка AVO. Самостоятельные задачи.
Определение структурного плана отражающих горизонтов.
Выявление малоамплитудных разрывных нарушений и структур.
Обнаружение зон выклинивания и литологического замещения.
Определение изменений физических свойств пластов.
Прогноз геологического разреза ниже забоя (ствола) скважины.
Определение частотно-зависимого поглощения
Прогнозирование характера флюидонасыщения коллекторов.
Изучение положения ГНК.
Обнаружение и изучение зон упорядоченной трещиноватости.
Мониторинг состояния околоскважинного пространства при разработке
месторождения.
Решение сформулированных выше, прежде всего самостоятельных, задач подразумевает создание отсутствующей на сегодня технологической схемы проведения скважинных сейсмических работ.
Предлагаются следующие основные элементы такой схемы.
Проектирование полевых работ на основе использования априорной информации о модели среды и геометрии скважины для решения поставленной геологической задачи.
Контроль качества данных при проведении полевых работ. Обработка данных с сохранением динамических параметров волн. Комплексная интерпретация данных с привлечением имеющейся геолого-геофизической информации.
Как отмечается специалистами, активно занимающимися скважинными сейсмическими наблюдениями [Г.Н. Гогоненков, Табаков А.А., 2001, Р.Л. Певзнер 2004], наиболее значимыми на сегодня продолжают оставаться следующие проблемы:
отсутствие полноценного проектирования работ;
низкий уровень контроля качества на всех этапах;
низкий уровень обработки;
Актуальность темы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что разработка технологии скважинных сейсмических работ, основанной на проектировании системы наблюдения, контроле измерительной аппаратуры и качества данных, поляризационной обработке с сохранением амплитуд и комплексной интерпретации, является на сегодня актуальным предметом исследования.
Целью настоящей работы было создание технологии, включающей проектирование, проведение и обработку скважинных сейсмических наблюдений, для оперативного получения 3-х мерной сейсмической информации о структурных, акустических и анизотропных свойствах околоскважинного пространства.
Задачи исследований, поставленные перед работой можно сформулировать следующим образом.
Создание методики проектирования системы скважинных сейсмических наблюдений.
Выработка критериев и способов контроля качества данных ВСП.
Разработка графа динамической поляризационной обработки 3-х компонентных скважинных данных.
Опробование способов оценки физических свойств пластов на основе расчета разрезов акустического, упругого и сдвигового упругого импедансов.
Разработка методики изучения азимутальной анизотропии и выделения в разрезе интервалов с упорядоченной вертикальной трещиноватостью.
Основные защищаемые положения.
Предложена методика проектирования схемы системы наблюдения на основе проведения полноволнового и лучевого моделирования позволяющая выбирать наиболее эффективную технологию проведения работ.
Предложена методика обработки с сохранением амплитуд данных 3-х компонентных скважинных сейсмических наблюдений позволяющая получать информацию о распределении жесткостных свойств в околоскважинном пространстве.
Получаемые по результатам обработки разрезы упругого и сдвигового упругого импедансов отображают распределение жесткостных свойств геологического разреза в околоскважинном пространстве.
На основе математического моделирования установлены кинематические и динамические аномалии в полях обменных волн, позволяющие измерять азимутальную анизотропию трансверсального типа.
Предложена методика изучения анизотропии по данным отраженных и проходящих обменных волн позволяющая выделять в разрезе интервалы с азимутальной анизотропией, определять направление элементов симметрии среды и коэффициент анизотропии по поперечным волнам.
Научная новизна.
Впервые предлагается методика проектирования работ ВСП на основе комплексирования данных полноволнового и лучевого моделирования.
Разработана и реализована методика обработки 3-х компонентных данных НВСП с сохранением амплитуд.
Предложена методика оценки распределения упругого и сдвигового упругого импеданса в околоскважинном пространстве по отраженным продольным и обменным волнам, регистрируемым при проведении скважинных сейсмических наблюдений.
Разработана методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн.
Практическая значимость.
В рамках проведенных исследований оказалось возможным построить технологию
проведения скважинных сейсмических наблюдений обеспечивающую эффективное
решение поставленной геологической задачи с высоким качеством при минимальных
затратах. Методика дискретного 3D ВСП, использующая проведение наблюдений из
заранее запроектированного, ограниченного набора пунктов, позволяет минимизировать
затраты на проведение полевых работ, протестировать граф обработки и до начала работ
прогнозировать надежность результата и ограничения по решаемым задачам.
Предложенный граф трехкомпонентной обработки с сохранением амплитуд оказался
применимым при восстановлении распределения жесткостных свойств околоскважинного
пространства, что позволило снизить неоднозначность интерпретации данных
поверхностной сейсморазведки и решить ряд самостоятельных задач. Разработанная
методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн показала свою
эффективность и широкую практическую применимость к рутинно получаемым данным
непродольного ВСП с использованием стандартного источника продольных волн.
Получаемые данные о преимущественном направлении и степени трещиноватости
позволяют оценивать наиболее вероятные направления фильтрации флюида, заводнения
добывающих скважин, и на этой основе планировать схемы кустового бурения. При
использовании технологий разработки, основанных на вытеснении нефти закачиваемой в
пласт водой, данные по трещиноватости полезны при заложении нагнетательных скважин.
Внедрение результатов работы. '
Предложенная в работе технология проектирования работ ВСП и контроля качества принята ведущими нефтяными компаниями. В таких компаниях как ТНК-ВР, Сибнефть, ЛУКОЙЛ реализация данной технологии является техническим условием выбора подрядчика при проведении конкурсов на выполнение скважинных сейсмических наблюдений. Эта технология на сегодня является стандартом, принятым в компании ПетроАльянс при проведении работ ВСП.
Обработка с сохранением амплитуд и расчет акустического, упругого и сдвигового упругого импедансов по данным ВСП заказывается нефтяными компаниями при необходимости проверки надежности интерпретации данных поверхностной сейсмики (Total), для управления технологией разбуривания куста скважин (ЛУКОЙЛ Западная Сибирь, Север ТЭК). Методика измерения азимутальной анизотропии применяется при изучении трещиноватых резервуаров на месторождениях Тимано-Печерской НГП (ЛУКОЙЛ-КОМИ) и Каспийского моря (ЛУКОЙЛ).
Публикации По теме работы опубликовано 9 статей, 17 тезисов докладов. Апробация работы
Основные результаты работы представлялись на Научно-ПрактическоЙ конференции «Гальперинские Чтения» в 2000-2005г.г.На геофизическом симпозиуме SEG 2003, Москва, на международным геофизическом симпозиуме SEG 2003 в г. Даллас США. Основные результаты неоднократно представлялись на презентациях в ходе международных выставок «Нефть и Газ» 2002-2005г.г. Методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн апробирована на постоянно действующем международном семинаре по сейсмической анизотропии 2002, г. Тутзинг, Германия Основы поляризационной обработки представлялись на конференции Геомодель 2004, г. Геленджик. Более 30 презентаций сделано на НТС Российских и Зарубежных нефтяных компаний.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и заключения общим объемом 145 страниц, включая 76 рисунков и б таблиц. Список литературы включает 228наименований, в том числе 82 иностранных публикации. Содержание работы.
В соответствии с поставленными задачами работа разделена на главы. В первой главе рассмотрены использующиеся на сегодня системы наблюдения скважиниых сейсмических работ. В этой же главе формулируются принципы проектирования работ, рассматривается технология проектирования и формулируются требования к материалу и проведению работ по полевому Контролю Качества. В данной главе впервые рассмотрена технология проектирования работ, направленная на решение поставленной геологической задачи в соответствии с априорными представлениями о строении разреза и планируемого положения ствола скважины.
Во второй главе рассмотрены основные этапы обработки данных по графу с сохранением истинных значений амплитуд. Основное внимание уделяется коррекции формы импульса в источнике, компенсации неидентичности на приеме, анализу поляризации и учету затухания амплитуд целевых волн при распространении. Отдельно рассмотрены методические приемы применения деконволюции по форме падающего импульса с целью подавления кратных волн и приведения формы сигнала к нуль-фазовой. Предложены оригинальные подходы к обработке, позволяющие сохранять динамические характеристики волн с целью получения информации о жесткостных свойствах разреза.
В главе 3 излагаются принципы и дается методика применения лучевой миграции для получения сейсмических разрезов по отраженным продольным и обменным волнам, обработанным с сохранением динамики.
В главе 4 приводится методика преобразования мигрированных разрезов в разрезы акустического и сдвигового импеданса, получаемых с целью оценки жесткостных свойств околоскважинного пространства. Главы 3 и 4 не содержат собственного вклада автора в развитие процедур миграции и инверсии и приводятся с целью опробования методических приемов их использования и для иллюстрации технологической последовательности получения данных об акустических свойствах околоскважинного пространства.
В пятой главе рассматривается оригинальная методика обнаружения в разрезе интервалов, характеризующихся азимутальной анизотропией, определения коэффициентов анизотропии и основных элементов симметрии среды. Методика основана на использовании данных обменных волн PS, зарегистрированных из выносных пунктов возбуждения.
Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу отдела ВСП приложившему усилия к внедрению разработанных методик в практику скважинных сейсмических наблюдений, выполняемых компанией ПетроАльянс. Особую благодарность автор выражает одному из наиболее ярких геофизиков прошлого века, Бродову Л.Ю., привившему автору понимание необходимости творческого подхода при работе с геофизическими данными. Практическому внедрению результатов работ автор во многом обязан геофизикам, работающим в нефтяных компаниях - Садыкову К.Ж., Колтановскому Л.Э (ТНК-ВР), Логовскому В.И. (Сибнефть), Чертенкову М.В. (ЛУКОЙЛ-КОМИ). Автор признателен коллективу кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ, а также своему научному руководителю - заведующему кафедрой, доктору физико-математических наук М.Л. Владову за конструктивное отношение к желанию автора изложить основные результаты проведенных исследований в виде диссертационной работы и неоценимую помощь по изложению и редакции материала. Большую помощь при подготовке работы оказал профессор Калинин В.В., сделавший ряд ценных замечаний по существу и форме изложения материала.
Отдельную благодарность автор выражает шотландскому ученому Стюарту Крэмпину, внесшему массу конструктивных замечаний в ходе экспертной оценки методики изучения азимутальной анизотропии по обменным волнам и французскому геофизику Клоду Борденаву, инициировавшему исследования по обработке данных ВСП с сохранением амплитуд.
Проектирование систем наблюдения ВСП на основе интеграции данных лучевого и полноволнового моделирования
Проектирование работ ВСП волновало исследователей с самого начального этапа становления метода. «Меньше бурить - больше добывать» эти слова Е.И. Гальперин сделал девизом ВСП. Наиболее полно и близко к современному состоянию проблемы, подходы к проектированию работ рассмотрены в монографии «Вертикальное Сейсмическое Профилирование. Опыт и результаты», вышедшей в 1994г. [29]
На сегодня в силу ряда причин эта задача остается актуальной, что обусловило интерес многих исследователей к этой проблеме [36,40,108]. Это определяется местом работ ВСП в комплексе геофизических исследований, проводимых в строящейся скважине. Стоимость простоя буровой бригады в среднем составляет от половины, для наземных, до миллиона рублей в сутки для морских скважин. Это определяет выбор методики работ, позволяющей проводить работы с наибольшей оперативностью.
С другой стороны выбор методики определяется, прежде всего, геологическими задачами стоящими перед работами ВСП. Таким образом, проектирование работ ВСП должно решать задачи повышения производительности работ при одновременном получении волновых полей высокого качества, пригодных для последующей поляризационной обработки и геологической интерпретации [29].
Для решения задач проектирования систем наблюдения необходимо иметь возможность быстрой трассировки луча, для оценки геометрии задачи, и быстрого расчета поля вектора смещения возбуждаемого для тестируемой системы источником заданного типа. Решаться эти задачи могут любыми доступными на сегодня средствами [75,76,77,50,146]
Большинство систем наблюдения планируется в настоящий момент на основе 2D моделирования [36,40,108], что является оправданным для большинства задач. Однако, очевидно, что при проведении наблюдений по методике Массивного 3D ВСП [81] или рассмотренного в работе [115] Дискретного 3D ВСП, а также для различных модификаций 2D ВСП в сложных структурных условиях необходимо интегрировано использовать результаты 3-х мерного лучевого [77] и 3-х мерного полноволнового [147,164,74] моделирования. При проектировании эксперимента по изучению сейсмической анизотропии (см. Главу 5) использование 3-х мерного полноволнового моделирования является непременным условием в силу природы волновых полей, возникающих в анизотропных средах.
Автор ни в коей мере не претендует на развитие методов моделирования. Предлагается лишь комплексное использование обоих методов. Лучевого - для описания геометрии лучей и точек отражения, а Полноволнового для получения информации о динамических характеристиках волнового поля. Отметим, что проектирование работ оправдано лишь при постановке геологических задач повышенной сложности при соответствующем выборе размерности задачи (2D, 3D)
Таким образом, новизну в подходе к проектированию работ ВСП, предлагаемом в настоящей работе можно определить как последовательное прохождение следующих этапов:
Подготовительный этап - постановка геологической задачи работ - сбор имеющейся геолого-геофизической информации и построение структурной модели - оценка размерности задачи
Проведение лучевого моделирования (2D или 3D). Проведение полноволнового моделирования (2D или 3D). Выбор методики работ на основе результатов моделирования.
Рассмотрим с этих позиций основные моменты проектирования системы полевых наблюдений.
Подготовительный этап
Геологическая задача при проектировании работ ВСП с целью доразведки околоскважинного пространства может быть сформулирована геофизиком, геологом или инженером по разработке резервуара. На основании имеющейся геологической сейсмической и каротажной информации формируется структурная модель, оценивается принципиальная возможность решения задачи, оценивается ее размерность (2D/3D) и приблизительная стоимость решения.
Лучевое моделирование Отметим, что лучевое моделирования (рис 1.2.1) для сформированной на предварительном этапе модели в рамках предлагаемой схемы проводится с целью определения геометрии лучей и ответа на вопрос о возможности освещения интересующих интервалов разреза. Для получения информации о динамических характеристиках поля предлагается проведение полноволнового моделирования. В зависимости от размерности задачи (2D или 3D) может быть использована любая из доступных на сегодня программ трассировки лучей.
Полноволновое моделирование Во многих случаях, даже при решении 3-х мерных задач, для оценки структуры волнового поля оправдано использование 2-х мерного полноволнового моделирования (рис 1.2.2, 1.2.4). Однако, для многих задач, в частности, при изучении анизотропии необходимо использование 3D (рис. 5.1.4) моделирования, так как эти задачи не могут в принципе решаться с применением программ 2D полноволнового моделирования.
Выбор методики работ на основе результатов моделирования
Ниже будут коротко рассмотрены основные параметры методики проведения наблюдений. Отметим, что многие из этих параметров рассматривались ранее, особенно при формировании методики проведения наблюдений ВСП на этапе становления метода. Наиболее полная библиография по этому вопросу приводится в [27,29]
Изучение поляризации волн, нахождение следящих компонент для Р и PS волн
Требования к качеству сейсмических данных определяются типом задачи, поставленной пред работами. При постановке задачи калибровки данных акустического каротажа достаточно получить годограф первых вступлений, а при решении задач оценки свойств пласта в околоскважинном пространстве необходимо проведение регистрации неискаженного поля полного вектора. В настоящем разделе рассматривается подход к обеспечению требуемого качества данных на основе использования технологической схемы проведения полевых работ.
В данном разделе излагается технологическая схема, определяющая принципы получения данных и контроля их качества на всех этапах проведений работ. Основными элементами такой схемы являются Проектирование полевых работ на основе использования априорной информации о модели среды, геометрии скважины и характера поставленных геологических задач. Оценка состояния ствола каротируемой скважины. Оценка орогидрографической ситуации в районе работ, выбор времени проведения работ. Выбор оборудования для возбуждения и регистрации данных. Контроль состояния оборудования перед началом и в ходе проведения работ. Контроль состояния скважины перед началом и в ходе проведения работ (качество цементажа, параметры бурового раствора, состояние ствола). Выбор программного обеспечения для сбора и обработки данных. Контроль качества данных в ходе проведения наблюдений. Определение графа обработки данных. Комплексная интерпретация данных с привлечением имеющейся геолого-геофизической информации. Проектирование полевых работ
Проектирование работ (см. главу 1.2) является отправным моментом обеспечения качества данных. Проведение полноволнового и лучевого моделирования позволяет обоснованно выбрать количество и расположение ПВ. Исключение этапа проектирования возможно при проведении работ ВСП в вертикальной скважине в условиях горизонтально-слоистого разреза с целью привязки продольных волн, зарегистрированных наземной сейсмикой или при опыте работ НВСП в данном районе. При планировании работ в каждой конкретной скважине должны учитываться дополнительные условия, влияющие на качество данных. Это, прежде всего, состояние ствола скважины. Наибольшее влияние на качество регистрируемого сигнала имеет состояние цементажа скважины. Отсутствие сцепления обсадной колонны с породой приводит к появлению интенсивных паразитных колебаний, маскирующих целевые волны на большей части записи, начиная от времен первых вступлений. Выявленные интервалы плохого цементажа колонны должны быть исключены из регистрации (или обработки), и компенсироваться за счет дополнительных точек регистрации. При плохом качестве цемента на протяженных интервалах ствола, необходимо соответствующим образом корректировать решаемую геологическую задачу.
Во многих случаях регистрация объемных волн в скважине затруднена из-за наличия волн, распространяющихся по обсадной колонне. Эта ситуация, как правило, наблюдается в интервале кондуктора (глубины от 0 до 500-700м), предусмотренного конструкцией скважины. Для избежания этой ситуации работы ВСП можно проводить в два этапа - 1-й после цементажа кондуктора, 2-й после цементажа последней обсадной колонны, как предлагается в Логовским В.И (2002) в требованиях к проведению работ ВСП.
Проведение анализа орогидрографической ситуации необходимо для того, чтобы оптимальным образом скорректировать положение Пункта Возбуждения, избежав его размещения в заболоченных и пойменных участках. Окончательный выбор положения ПВ делается после проведения рекогносцировки на местности.
Наиболее благоприятными для проведения сейсмических работ, в том числе ВСП, являются зимние условия. Поэтому, проведение работ, особенно из удаленных ПВ, предпочтительно планировать на зимний период. Выбор оборудования для возбуждения и регистрация данных. Возбуждение колебаний.
Работы ВСП, как и наземные сейсмические наблюдения, проводятся с двумя типами источников — импульсными и вибрационными. Имеется также незначительное количество примеров использования кодоимлульсных источников, применяемых при инженерных сейсмических работах.
Импульсные источники, применяемые для работ ВСП можно разделить на взрывные и невзрывные [91].
Несмотря на повышенную опасность в использовании и неэкологичность, взрывной источник по-прежнему широко используется при производстве работ ВСП. Основным преимуществом этого источника при размещении во взрывной скважине является высокая интенсивность и широкий спектр сигнала. К недостаткам можно отнести быстрое разрушение взрывной скважины, что ведет к искажению формы сигнала в ходе отработки вертикального профиля и часто к необходимости подготовки новой скважины. Невзрывные импульсные ИСТОЧНИКИ обладают высокой технологичностью, достаточной интенсивностью, стабильностью формы сигнала и возможностью накапливания воздействий. При этом свойственные поверхностным источникам недостатки, такие как сложная форма сигнала и поглощение высокочастотной составляющей спектра, могут быть устранены при использовании погружного источника, размещаемого в скважине на оптимальной глубине.
Вибрационные источники [81,131] используются в основном при работах по методике массивного 3D ВСП, где их применение оправдано необходимостью обеспечения интенсивного сигнала и высокой технологичности работ при проведении наблюдений из нескольких тысяч ПВ.
Построение кинематической модели и итеративный подбор параметров
Аппроксимация волнового пакета в заданном окне эллипсоидом вращения, предлагаемая многими исследователями, позволяет определить основные используемые при обработке параметры поляризации — направление и отношение осей эллипсоида поляризации.
Задача поляризационного анализа при динамический обработке в рамках данной работы может быть определена как задача нахождения пространственных компонент волнового поля, отвечающих направлению вектора смешения целевых волн заданного направления распространения (проходящие, отраженные) и типа (продольные, поперечные, обменные) в заданном пространственно-временном интервале.
Поскольку определенная таким образом компонента совпадает в данном пространственно-временном интервале с направлением вектора смещения целевой волны («следит за ним»), представляется резонным назвать такую компоненту следящей. Понятие следящей компоненты впервые было введено Е.И. Гальпериным, предложившим рассчитывать компоненту отвечающую мгновенному положению интерференционного вектора смещения [32]. Получаемые таким образом изображения удобны для оперативного анализа динамических соотношений, формирующих воле волн. Однако, для целей динамической обработки необходимо применить эту идею к полю целевых волн, предварительно очищенных от влияния помех. Наиболее показательным примером следящей компоненты является, предложенная Е.И. Гальпериным [32] Р-компонента из тройки PTR, ориентированная вдоль вектора смещения прямой продольной волны и являющаяся, таким образом, следящей для этой волны.
Понятие следящей компоненты используется также и другими исследователями (Табаков А.А., Шехтман Г.А.), применяющими для ее нахождения решение прямой задачи, на основе принятой структурно-кинематической модели среды.
В силу интерференционного характера волнового поля предлагается разделить задачу нахождения следящих компонент, отвечающих поляризации целевых волн распадается на четыре этапа: Получение монтажей фиксированных компонент. 3-х компонентное разделение волн по кажущимся скоростям. Анализ поляризации целевых воли.
Получение монтажей следящих компонент. Получение монтажей фиксированных компонент.
На начальном этапе поляризационного анализа целесообразно использовать обычную тройку фиксированных компонент X.Y.Z, связанную с геометрией системы наблюдения [29,32]. В этой тройке компонента Z является вертикальной; компонента X -горизонтальная компонента, ориентированная на источник; Y - горизонтальная компонента, ориентированная так, что ортогональная тройка X,Y,Z является правовинтовой. Расчет этих компонент производится с использованием углов ориентации в исходной неориентированной системе H1,H2,Z большой оси эллипса поляризации, построенного в области первых вступлений по траектории смещения прямой продольной волны, зарегистрированной из выносного Пункта Возбуждения. Ориентировка по первой продольной волне традиционно используемая при поляризационной обработке производится на основании допущения, что первые вступления поляризованы линейно, а вектор смещения содержится в вертикальной лучевой плоскости, проходящей через источник и приемник [32]. Фиксированные компоненты на первом этапе поляризационной обработки используются для определения кинематических параметров волн, необходимых для их последующего разделения по кажущимся скоростям. Как видно из рис. 2.3.1, преимущество использования тройки X,Y,Z связано с естественным разделением типов волн по компонентам. При использовании выносов ПВ, обеспечивающих докритическое отражение волн, продольные волны в большинстве случаев преимущественным образом прослеживаются на вертикальной Z-компоненте, тогда как обменные и поперечные волны SV-поляризации лучше выделяются на Х-компоненте.
Поскольку, как уже отмечалось, формирующие волновое поле колебания являются результатом интерференции, процедура разделения волн является необходимой при определении параметров поляризации целевой волны [32]. Как показывает рассмотрение простейшего примера синтетической сейсмограммы, представленной на рис. 2.3.2, интерференция двух линейно поляризованных волн, с разными направлениями распространения приводит к квазиэллиптической поляризации суммарного колебания, параметры которой изменяются в зависимости от положения окна анализа. Как видно из рассмотрения рисунка, направление большой оси эллипса поляризации в области интерференции не отвечает ни одному из направлений поляризации исходных волн. Применив к интерференционному волновому полю 3-х компонентную 2-х мерную фильтрацию [43], получим разделенные 3-х компонентные поля, представленные на рис. 2.3.3. Основу 3-х компонентной фильтрации по кажущимся скоростям составляет расчет и применение 3-х компонентного оператора, сохраняющего динамические соотношения между фильтруемыми компонентами. Как видно на рис. 2.3.3 применение 2D-3C фильтра позволило восстановить поляризацию исходных колебаний. Появляющиеся при таком разделении в волновом поле помехи не превышают 10-15% от амплитуды исходного сигнала. Т.е. при применении этого подхода направления поляризации будут определяться с погрешностью не более чем 3-5, что вполне согласуется с точностью определения углов.
На рис. 2.3.4 представлен пример реального 3-х компонентного волнового поля до, и после вьщеления отраженной обменной волны. Как видно по графикам угла наклона вектора смещения (рис. 2.3.4 и рис. 2.3.5) в плоскости XZ, интерференция с волнами-помехами приводит к существенным (до 40) погрешностям в определении положения вектора смещения. После применения 3-х компонентной 2-х мерной фильтрации разброс значений на графиках углов не превышает первых градусов, что свидетельствует о линейной, закономерно изменяющейся вдоль вертикального профиля поляризации отраженной (в данном случае обменной волны). Определенные после 3-х компонентного вычитания углы, являются основой для расчета следящих компонент волнового поля, использующихся при анализе динамических параметров отражений. Получение монтажей следящих компонент
Оценка надежности расчета импедансов по данным синтетики
Сейсмические наблюдения в скважине существенно отличаются от наблюдений на поверхности, как по геометрии расположения пунктов возбуждения и приема, так и по отношению к элементам залегания отражающих горизонтов. В большинстве годографы регистрируемых наземной сейсморазведкой отраженных волн после ввода статических поправок хорошо аппроксимируются гиперболами. При наблюдениях в скважине Пункт Возбуждения (ПВ) находится на поверхности, а линия расположения пунктов приема пересекает слоистую среду. Годографы отраженных волн при этом содержат точки излома и не описываются простыми функциями. Поэтому кинематическими преобразованиями, аналогичными используемым в методе ОГТ, при скважинных наблюдениях не удается удовлетворительно выполнить трансформацию сейсмограмм во временные разрезы. Более перспективными, для скважинных методов, являются миграционные преобразования, в которых по заданной модели среды рассчитываются положение точек отражения в пространстве и времена вступления отражения на сейсмограмме с последующим переносом значения амплитуды волны из сейсмограммы на глубинный разрез. Точность преобразования в этом случае зависит от точности определения модели среды. Здесь скважинные методы имеют преимущество перед наземными наблюдениями, так как имеется возможность напрямую определять скорости в среде по годографам первых вступлений.
В настоящее время лучшие результаты для трансформации полей ВСП в глубинные разрезы дают различные способы лучевой миграции. Менее применяется миграция Кирхгофа на основе D-преобразования. На основе алгоритма дискретной лучевой миграции можно реализовать как лучевую, так и миграцию Кирхгофа.
Имеется большое разнообразие программных средств, реализующих миграционное преобразование [58,95,101,228].
В данной работе для преобразования данных, обработанных с сохранением амплитуд в глубинные разрезы нами использовался алгоритм лучевой миграции, зарегистрированный патентом на изобретение [85] и реализованный в виде программы VimSeis [84,106]. Этот алгоритм дискретной лучевой миграции реализует принцип Ферма для среды с заданной пластовой моделью, в общем случае, с криволинейными границами. Границы пластов задаются точками с равномерным или неравномерным шагом. Расчет времени вступления волны выполняется от источника (приемника) до отражающего горизонта и только в заданных точках. На рисунке 3.1.1 демонстрируется схема расчета для трехслойной двумерной модели. В случае 3D модели алгоритм работает аналогично. Основной элемент цикла - вычисление точки излома луча при пересечении им промежуточной границы. Источник соединяется прямыми линиями со всеми точками первого горизонта, который назовем промежуточным. Для каждого отрезка рассчитывается время и запоминается в промежуточном массиве. Затем на втором горизонте выбирается первая точка, которая также соединяется прямыми со всеми точками промежуточного (Рис.3.1.1а). Теперь имеем все лучи проходящие через точки промежуточного горизонта. Из всей совокупности лучей оставляем тот, время по которому минимально. В массиве запоминается время по лучу и координата точки излома. Повторяем эту процедуру для каждой точки границы. После этого промежуточной назначается граница номер два, а расчет производится для точек третьей границы (Рис.3.1.16). После расчета лучи сохраненные в массиве наращиваются до третьего горизонта. Цикл выполняется до заданного горизонта. Подставляя вместо источника приемник, все вычисления повторяются. В конце расчета в массивах присутствуют падающие и отраженные лучи (рис.3.1.1в) из которых оставляется либо один луч с минимальным суммарным временем, если нет необходимости учитывать «петли» на годографах, либо все лучи с локальными экстремумами, если такая необходимость есть.
Поскольку расчет выполняется только для заданных точек время по лучу всегда несколько больше времени полученного при расчете для непрерывной среды, а координаты точек излома и отражения лучей определяются с точностью до половины расстояния между точками по горизонту, поэтому для обеспечения требуемой точности, расстояние между точками выбирается достаточно малым. Для работ ВСП это расстояние выбирается равным 5-10м, что обеспечивает погрешность по времени прихода волн менее 1мс.
Алгоритм может применяться для сред описываемых пластовой моделью с криволинейными границами. Скорости в пластах могут быть анизотропные. Расчет годографов может быть выполнен для отраженных, обменных и головных волн. Алгоритм одинаково хорошо работает к в 2D так и в 3D варианте, что особенно важно при проведении сейсмических исследований в криволинейных скважинах.
К недостаткам алгоритма следует отнести большое время счета и сложность задания модели для градиентных сред.
Проведение миграционного преобразования, базируется на использовании толстослоистой кинематической модели. Принципы построения такой модели хорошо известны [29,32]. В данной работе мы не будем останавливаться на рассмотрении этих принципов. Отметим лишь, что стандартный подход, основанный на выделении границ по изломам годографа прямой волны и наличию отражений с уточнением положения и стратиграфической привязкой границы по данным каротажа, дополнялся привлечением к рассмотрению данных обменных волн.
Как показала обработка большого количества реальных данных, контрастность разреза по скоростям продольных и поперечных волн, как правило, не одинакова. Во многих случаях, особенно для ВЧР, наблюдается большая контрастность среды по поперечным волнам, что приводит к необходимости использовать большее количество пластов модели.
